一種用于室內(nèi)活動目標(biāo)檢測的雷達(dá)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種室內(nèi)活動目標(biāo)檢測雷達(dá)裝置及方法，所述雷達(dá)裝置包括天線陣列、雷達(dá)射頻收發(fā)單元、信號處理單元和控制單元；所述天線陣列包括多個天線單元，所述多個天線依次環(huán)繞連接在室內(nèi)待監(jiān)控區(qū)域的邊沿處，所述天線單元包括一個發(fā)射天線和兩個接收天線，所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元分別與所述每個天線單元中的發(fā)射天線和接收天線連接；信號處理單元分別所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元和控制單元連接；所述控制單元分別與所述天線單元和雷達(dá)射頻收發(fā)單元連接。本發(fā)明不會采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的視頻畫面，因而能夠保護(hù)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的隱私，且能夠準(zhǔn)確判斷監(jiān)控區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)異常，從而發(fā)出警報。
【專利說明】—種用于室內(nèi)活動目標(biāo)檢測的雷達(dá)裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活動目標(biāo)檢測裝置，具體涉及一種用于室內(nèi)活動目標(biāo)檢測的雷達(dá)裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，常用的室內(nèi)活動目標(biāo)檢測裝置大多為視頻監(jiān)控，由于視頻監(jiān)控能夠采集室內(nèi)的詳細(xì)情況，能夠清楚采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的畫面,例如人的長相、一舉一動等，因而視頻廣泛應(yīng)用于室內(nèi)活動目標(biāo)檢測。
[0003]但是，在某些特殊的私人場合，需要對監(jiān)控的區(qū)域進(jìn)行隱私保護(hù)，避免對私人住宅內(nèi)部情況被視頻監(jiān)控而處于公開狀態(tài)，此時，視頻監(jiān)控就無法滿足要求了，例如:對于私人住宅內(nèi)的監(jiān)控，當(dāng)私人住宅內(nèi)沒有家人時，往往只是需要檢測住宅內(nèi)是否有“動靜”，以此判斷有他人進(jìn)入住宅內(nèi)，從而進(jìn)行報警。再如:當(dāng)私人住宅內(nèi)只有老人時，可以只是檢測老人的活動，當(dāng)一段時間內(nèi)，沒有檢測到老人的活動，從而可以判斷老人可能發(fā)生意外，進(jìn)而發(fā)出報警。
[0004]此外，視頻監(jiān)控需要在一定的光線環(huán)境下才能達(dá)到所需的效果，因此視頻監(jiān)控的使用范圍具有相當(dāng)?shù)木窒扌浴?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種室內(nèi)活動目標(biāo)檢測裝置，該裝置能夠檢測室內(nèi)的活動情況，從而判斷室內(nèi)是否出現(xiàn)異常，并進(jìn)行報警，且能夠適用于光線陰暗的環(huán)境。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是:一種室內(nèi)活動目標(biāo)檢測裝置，該裝置包括:
[0007]雷達(dá)裝置，所述雷達(dá)裝置包括天線陣列、雷達(dá)射頻收發(fā)單元、信號處理單元和控制單元；所述天線陣列包括多個天線單元，所述多個天線單元依次連接成環(huán)后設(shè)于待監(jiān)控區(qū)域的中心，所述天線單元包括一個發(fā)射天線和兩個接收天線，所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元分別與所述每個天線單元中的發(fā)射天線和接收天線連接；信號處理單元分別所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元和控制單元連接；所述控制單元分別與所述天線單元和雷達(dá)射頻收發(fā)單元連接；
[0008]通信網(wǎng)，所述控制單元連接在所述通信網(wǎng)上；
[0009]云端服務(wù)器，連接在所述通信網(wǎng)上；以及
[0010]監(jiān)控終端，與所述云端服務(wù)器連接。
[0011]在上述技術(shù)方案中，所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元包括依次連接的信號產(chǎn)生模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控振蕩器和功率放大器，所述信號產(chǎn)生模塊通過準(zhǔn)確控制壓控振蕩器來產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波信號，產(chǎn)生的調(diào)頻連續(xù)波信號依次經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控振蕩器和功率放大器后傳輸至發(fā)射天線；
[0012]所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元還包括與接收天線連接的低噪聲放大器，以及混頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低噪聲放大器輸出至混頻器，混頻器的輸入還與所述壓控振蕩器連接，混頻器將一個天線單元中的兩個接收天線所收到的兩路回波信號分別與壓控振蕩器產(chǎn)生的發(fā)射信號經(jīng)過混頻后輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號傳輸至信號處理單元。
[0013]本發(fā)明還提供一種室內(nèi)活動目標(biāo)檢測的方法，該方法包括:
[0014]產(chǎn)生周期性的頻率遞增的電磁波信號，并通過天線單元中的發(fā)射天線向固定方向發(fā)射；
[0015]將同一天線單元中的兩個接收天線接收回波信號分別與發(fā)射信號進(jìn)行混頻，得到差頻信號，對所述差頻信號進(jìn)行采樣后送至信號處理單元；
[0016]信號處理單元經(jīng)過快速傅里葉變換和多普勒處理后，得到目標(biāo)的距離和速度；再根據(jù)同一個天線單元中的兩個接收天線接收到的回波的相位差，得到目標(biāo)的準(zhǔn)確方位。
[0017]進(jìn)一步地，在所述室內(nèi)活動目標(biāo)檢測方法的基礎(chǔ)上，還構(gòu)建了智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，包括:
[0018]將每次檢測和處理得到的目標(biāo)的方位、距離和速度信息通過通信網(wǎng)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器中，作為以后智能分析的基礎(chǔ)；云端服務(wù)器會根據(jù)長期的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在此基礎(chǔ)上對室內(nèi)環(huán)境的變化、目標(biāo)的特征、運(yùn)動的特征做出識別，然后根據(jù)需要進(jìn)行智能監(jiān)控和預(yù)警。
[0019]本發(fā)明通過同一天線單元中的兩個接收天線接收回波信號分別與發(fā)射信號進(jìn)行混頻，得到差頻信號，對該差頻信號進(jìn)行處理后得到對兩個接收數(shù)據(jù)的相位，比較相位后檢測出是否有運(yùn)動目標(biāo)，并計算出目標(biāo)的方位，距離和速度。與現(xiàn)有室內(nèi)視頻監(jiān)控相比，本發(fā)明不會采集監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的視頻畫面，因而能夠保護(hù)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的隱私，且能夠準(zhǔn)確判斷監(jiān)控區(qū)域內(nèi)是否出現(xiàn)異常，從而發(fā)出警報。此外，本發(fā)明采用雷達(dá)監(jiān)控裝置的監(jiān)控效果不會受環(huán)境光線的影響，適用范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明室內(nèi)活動目標(biāo)檢測雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖2為雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0022]圖3為本實施例所用天線陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為圖2中一個天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為實施例室內(nèi)活動目標(biāo)檢測雷達(dá)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本實施例方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]如圖1和圖2所示，本發(fā)明室內(nèi)活動目標(biāo)檢測雷達(dá)裝置包括雷達(dá)裝置、通信網(wǎng)、云端服務(wù)器，雷達(dá)裝置和云端服務(wù)器均連接在通信網(wǎng)上，云端服務(wù)器還連接有與用戶聯(lián)系的報警器、手機(jī)和郵件系統(tǒng)。所用雷達(dá)裝置包括依次連接的天線陣列、雷達(dá)射頻收發(fā)單元、信號處理單元和控制單元，控制單元還分別與天線陣列和雷達(dá)射頻收發(fā)單元連接。
[0028]如圖3所示，本發(fā)明中的天線陣列包括多個天線單元，多個天線單元依次連接成環(huán)后設(shè)于待監(jiān)控區(qū)域的中心。如圖4所示，每個天線單元采用單發(fā)雙收模式實現(xiàn)精確角度定位，包括一個發(fā)射天線和兩個接收天線(接收天線I和接收天線2)?？刂茊卧凑展潭ǖ臅r間間隔依次開啟某一個天線單元，這樣每一個天線單元都能覆蓋到一定角度的范圍，利用單個天線單元中的兩個接收天線收到回波的相位差，可以在單個天線單元的覆蓋范圍內(nèi)得到目標(biāo)的精確角度。
[0029]本實施例以8個天線單元依次連接構(gòu)成的等邊八邊形為例進(jìn)行說明，該等邊八邊形位于監(jiān)控區(qū)域所在空間的中心處，即構(gòu)成該等邊八邊形的天線單元能夠覆蓋監(jiān)控區(qū)域的全部空間。控制單元對八個天線進(jìn)行多路選擇，并依次開啟一個天線，這樣每一個天線都能覆蓋45°的區(qū)域。
[0030]如圖5所示，本發(fā)明雷達(dá)射頻收發(fā)單元包括依次連接的信號產(chǎn)生模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控振蕩器和功率放大器，本實施例以可編程邏輯門陣列(FPGA)作為信號產(chǎn)生模塊，通過準(zhǔn)確控制壓控振蕩器(VCO)來產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)信號，產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波信號經(jīng)過功率放大器后傳輸至發(fā)射天線。雷達(dá)射頻收發(fā)單元還包括與接收天線連接的低噪聲放大器，以及混頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，混頻器的兩個輸入端分別與低噪聲放大器和壓控振蕩器連接，低噪聲放大器輸出至混頻器，混頻器將一個天線單元中的兩個接收天線所收到的兩路回波信號分別與壓控振蕩器產(chǎn)生的發(fā)射信號經(jīng)過混頻后輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號傳輸至信號處理單元。
[0031]如圖6所示，本發(fā)明室內(nèi)監(jiān)控裝置的工作過程如下:
[0032]1、雷達(dá)初始化完成后，雷達(dá)射頻收發(fā)單元采用調(diào)頻連續(xù)波方式(FMCW)，可編程邏輯門陣列調(diào)制壓控振蕩器(VCO)來產(chǎn)生周期性的頻率遞增的電磁波信號，并通過發(fā)射天線向固定方向發(fā)射。
[0033]2、同一天線單元中的兩個接收天線接收回波信號分別與發(fā)射信號進(jìn)行混頻，得到差頻信號，對該差頻信號進(jìn)行采樣后送至信號處理單元處理。
[0034]3、信號處理單元經(jīng)過快速傅里葉變換和多普勒處理得到目標(biāo)的距離和速度，和兩個接收數(shù)據(jù)的相位比較等一系列處理后(具體如上述相位差的說明)，可以檢測出是否有運(yùn)動目標(biāo)，并計算出目標(biāo)的具體方位，距離和速度。
[0035]4、雷達(dá)裝置將每次檢測和處理得到的目標(biāo)的方位、距離和速度信息通過通信網(wǎng)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器中，作為以后智能分析的基礎(chǔ)。云端服務(wù)器會根據(jù)長期的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在此基礎(chǔ)上對室內(nèi)環(huán)境的變化，目標(biāo)的特征(大人，小孩，寵物)，運(yùn)動的特征(奔跑，慢行，跌倒)等做出識別，然后根據(jù)需要進(jìn)行智能監(jiān)控和預(yù)警，具體包括:
[0036]a.根據(jù)目標(biāo)體積判斷該目標(biāo)是否異常。
[0037]由于距離的不同，雷達(dá)檢測到的目標(biāo)的體積大小會存在誤差，云端服務(wù)器根據(jù)長期的數(shù)據(jù)，以及積累到的環(huán)境信息，對這個由于距離帶來的誤差進(jìn)行修正，即對空間每個位置都對應(yīng)一個修正值，從而得到比較準(zhǔn)確的目標(biāo)體積，進(jìn)而根據(jù)檢測到目標(biāo)的大小特征來判斷目標(biāo)是大人，小孩或者寵物。通過上述方法得到家庭內(nèi)大人的身高和體積的修正值，當(dāng)雷達(dá)監(jiān)控裝置檢測到室內(nèi)出現(xiàn)目標(biāo)的身高和體積與大人修正值不符合的時候，云端服務(wù)器向報警器、手機(jī)或者郵件系統(tǒng)發(fā)出警報，提醒該房間內(nèi)出現(xiàn)異常目標(biāo)。
[0038]b.根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)判斷該目標(biāo)是否異常。
[0039]云端服務(wù)器根據(jù)長期的數(shù)據(jù)，能檢測出目標(biāo)的運(yùn)動特性，例如:相同位置上的目標(biāo)體積不同，則為蹲下或跌倒；速度超過正常人步行的值，則為跑動；公共場合有大量目標(biāo)聚集，則為沖突或突發(fā)事件等。當(dāng)房間內(nèi)只有老人時，如果檢測到目標(biāo)為蹲下或跌倒?fàn)顟B(tài)時，則可能老人出現(xiàn)異常情況，云端服務(wù)器向報警器、手機(jī)或者郵件系統(tǒng)發(fā)出警報，提醒老人狀態(tài)異常。
[0040]c.根據(jù)目標(biāo)習(xí)慣狀態(tài)發(fā)出提醒信息。
[0041]對于長期存在于雷達(dá)探測區(qū)域的目標(biāo)，云端服務(wù)器根據(jù)目標(biāo)根據(jù)，可以長期記錄該目標(biāo)的行為習(xí)慣，例如每天的睡眠時間，上網(wǎng)時間等，從而根據(jù)需求通過手機(jī)或者郵件對目標(biāo)進(jìn)行提醒。
【權(quán)利要求】
1.一種用于室內(nèi)活動目標(biāo)檢測的雷達(dá)裝置，其特征在于，包括: 室內(nèi)活動目標(biāo)檢測的雷達(dá)裝置，所述雷達(dá)裝置包括天線陣列、雷達(dá)射頻收發(fā)單元、信號處理單元和控制單元；所述天線陣列包括多個天線單元，所述多個天線單元依次連接成環(huán)后設(shè)于待監(jiān)控區(qū)域的中心，所述天線單元包括一個發(fā)射天線和兩個接收天線，所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元分別與所述每個天線單元中的發(fā)射天線和接收天線連接；信號處理單元分別與所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元和控制單元連接；所述控制單元分別與所述天線單元和雷達(dá)射頻收發(fā)單元連接； 通信網(wǎng)，所述控制單元連接在所述通信網(wǎng)上； 云端服務(wù)器，連接在所述通信網(wǎng)上；以及 監(jiān)控終端，與所述云端服務(wù)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)活動目標(biāo)檢測的雷達(dá)裝置，其特征在于: 所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元包括依次連接的信號產(chǎn)生模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控振蕩器和功率放大器，所述信號產(chǎn)生模塊通過準(zhǔn)確控制壓控振蕩器來產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波信號，產(chǎn)生的調(diào)頻連續(xù)波信號依次經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控振蕩器和功率放大器后傳輸至發(fā)射天線； 所述雷達(dá)射頻收發(fā)單元還包括與接收天線連接的低噪聲放大器，以及混頻器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述低噪聲放大器輸出至混頻器，混頻器將一個天線單元中的兩個接收天線所收到的兩路回波信號分別與壓控振蕩器產(chǎn)生的發(fā)射信號經(jīng)過混頻后輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器將信號傳輸至信號處理單元。
3.一種室內(nèi)活動目標(biāo)檢測方法，其特征在于，包括: 產(chǎn)生周期性的頻率遞增的電磁波信號，并通過天線單元中的發(fā)射天線向固定方向發(fā)射； 將同一天線單元中的兩個接收天線接收回波信號分別與發(fā)射信號進(jìn)行混頻，得到差頻信號，對所述差頻信號進(jìn)行采樣后送至信號處理單元； 信號處理單元經(jīng)過快速傅里葉變換和多普勒處理后，得到目標(biāo)的距離和速度；再根據(jù)同一個天線單元中的兩個接收天線接收到的回波的相位差，得到目標(biāo)的準(zhǔn)確方位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的室內(nèi)活動目標(biāo)檢測方法，其特征在于: 建立智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，將每次檢測和處理得到的目標(biāo)的方位、距離和速度信息通過通信網(wǎng)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器中，作為以后智能分析的基礎(chǔ)；云端服務(wù)器會根據(jù)長期的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在此基礎(chǔ)上對室內(nèi)環(huán)境的變化、目標(biāo)的特征、運(yùn)動的特征做出識別，然后根據(jù)需要進(jìn)行智能監(jiān)控和預(yù)警。
【文檔編號】G01S13/88GK104076357SQ201410323178
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】屈代明, 汪志冰, 戴宇, 何輝 申請人:武漢拓寶電子系統(tǒng)有限公司